无人机服务器通信协议软件设计,支持MAVLink通信协议的微型无人机数传电路设计...

摘要：

近年来,随着无人机技术不断的创新和进步以及制造成本的降低,无人机市场也在不断壮大和发展,而发展的同时也带来了挑战.对飞控系统对于数据的采集速度,处理速度,精度都有了更为严苛的要求.传统的基于MCU的飞控系统,在对数据采集系统的数据采集速度和处理速度,处理精度上有一定的劣势.而基于FPGA的飞控系统,不仅极大地缩短了开发周期,降低成本并且保证系统的高可靠性,但是却没有基于FPGA的通信协议,因此对基于FPGA的通信协议的深入研究有着重要的意义.MAVLink通信协议已经在大量的飞控平台上得到了应用,并且适用于微型无人机的通信.因此我们选取MAVLink通信协议做深入研究来实现我们自主研制的飞控芯片与地面站的通信功能.根据协议的开源代码总结出协议的实现的过程,根据协议的功能设计了MAVLink通信协议电路.论文主要进行了如下的工作:经过对协议的深入研究和分析,确定16个用于飞控与地面站传输的MAVLink消息.根据对协议的理解和设计的需求设计了MAVLink通信协议电路的总体结构;数据传输部分采用UART串口进行数据通信,为了解决接口部分与内部模块之间的速度不同的问题,采用异步FIFO来缓存数据和解决跨时钟域问题;根据协议的功能将整个电路分为两部分,即解码部分和编码部分.解码部分主要包括核心的解码电路和校验电路.该部分电路实现将接收到的数据按照MAVLink协议规定的帧格式的数据解码出来并通过UART发送出去;编码部分主要包括消息ID生成电路,数据控制读取电路,数据长度转换电路,消息编码电路,编码预处理电路,消息序列产生电路,普通消息编码电路,心跳包消息编码电路等.该部分实现将读取的数据按照MAVLink协议所规定的帧格式进行编码;采用Modelsim对各个子模块电路进行功能性仿真,仿真通过后对整个电路进行仿真,最后基于FPGA对电路进行板级验证.通过对串口调试软件接收的数据的观察和分析,验证了所设计的通信协议电路能够按照MAVLink协议进行对数据进行编解码.

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